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約翰·阿諾德 與 托馬斯·恩肖 ——《航海天文鐘：連載十四》
添加日期：2022/2/16    訪問 2040 次   
約翰·阿諾德（John Arnold）
 
開發一臺簡單而可靠的航海天文鐘是兩個競爭同鄉的共同目標，這種航海天文鐘的制造成本要能使其成為遠洋船只都能負擔得起的必要設備。
 


約翰·阿諾德（John Arnold）
 
約翰 · 阿諾德于1736年出生于康沃爾郡的博德明（Bodmin, Cornwall）。作為當地表匠的兒子，他很自然地成為了他父親的學徒；然而，看來鄉下的生活并不適合約翰，他違反了契約，逃到荷蘭，在那里找到了一份鐘表行業的工作。20歲時，他來到倫敦，在那里過著朝不保夕的生活，直到他遇到了一位麥奎爾先生（Mr McGuire），麥圭爾先生資助他，讓他成為一名表匠。阿諾德證明了自己是一名優秀的商人，也是一名優秀的工匠，他的生意蒸蒸日上。他在荷蘭學到的德語知識，在他覲見喬治三世時派上了用場。1764年，他因向國王展示一塊非凡的表，從而聲名鵲起。它裝在一個指環上，直徑大約12毫米，它不僅能保持準確的時間，還是一個“兩問”表（quarter repeater），小巧的音簧可以報時報刻。這是一個不可思議的成就，在當時引起了轟動。阿諾德得到了500基尼（英國舊時金幣或貨幣單位）作為獎勵，并拒絕了俄羅斯凱瑟琳大帝（Catherine the Great of Russia）提供的制造類似表的雙倍報酬，理由是他希望喬治國王的表是獨一無二的。他事業上的成功使他有更大的自由度去嘗試，很快他就看中了航海計時器。1770年，他向經度委員會提交了一臺機器，正如5月26日的會議記錄顯示：
 
阿諾德先生，波爾邁爾（Pall Mall）的一名表匠，他帶著一個新制造的計時器出席了會議，向委員會展示，并強烈推薦。他被告知，如果他再制造這樣一臺計時器，便可以進行海試。
 
阿諾德按時制造了第二臺計時器，并在第二年提交給了委員會，報告稱其成本只有大約60基尼，僅為哈里森、肯德爾和馬奇之前計時器成本的一小部分。委員會向他預付了300英鎊，條件是這筆款項應從他向委員會提供的任何計時器的成本中扣除。
 
阿諾德早期計時器的擺輪布置和溫度補償與哈里森相同；然而，他使用了一種樞軸式棘爪擒縱機構，理論上，這是在哈里森和馬奇設計上的一個重大改進。這個擒縱機構似乎與勒·羅伊（Le Roy）和貝爾索德（Bertoud）的擒縱機構沒有什么關系，雖然缺乏法國設計的優雅簡潔，但它確實表明阿諾德也是沿著同樣的路線獨立前進。
 
此時，海軍部正在為庫克第二次南大洋航行裝備兩艘船只——“決心號”（Resolution）和“冒險號”（Adventure）。肯德爾的K1已經注定要陪同探險隊，阿諾德渴望能在這次航行中測試他的計時器。因此，阿諾德的三個計時器都進行了測試；但結果并不如阿諾德所希望的那樣：所有三臺計時器的表現都非常糟糕，在計時方面表現出了巨大的誤差。問題似乎出在他的溫度補償上，它似乎已經停止工作了；這可以解釋在不同溫度下的巨大誤差。可以理解地，委員會拒絕向阿諾德支付任何進一步的款項，“直到他們有更好的證據能證明他們手中的表的優點，或者滿意阿諾德已經取得了相當大的改進”。
 
阿諾德沒有因為這次挫折而沮喪，繼續努力改進他的航海天文鐘。他在1776年取得了幾個重要的進展。他采用了柱狀游絲（the helical form of balance spring）和一種將雙金屬條內置在擺輪中的新型溫度補償裝置。他還開發了一種簡化的、大大改進了的樞軸式棘爪擒縱機構，此時，阿諾德決定用專利保護他的改進發明；雖然這些早期的專利是如此含糊不清，以至于它們對阿諾德幾乎沒有什么保護，這些專利倒過來還會阻礙他從經度委員會那里得到任何進一步的支持，因為獲得支持的條件之一就是所有發明不應該申請專利。


約瑟夫·班克斯（Joseph Banks）向阿諾德支付100英鎊用于購買一枚便攜式航海天文鐘的收據
 
很快，這些改進取得了巨大成功，阿諾德開始生產不少便攜式航海天文鐘，毫無疑問，他看到了自己的計時器開辟新市場的機會。與懸掛在萬向支架上使其始終保持水平位置的航海天文鐘不同，便攜式表必須經過在不同的位置調校才能準確計時。盡管有這一嚴重的缺點，阿諾德的便攜式航海天文鐘的性能還是非常好。一枚在正常使用情況下的便攜式航海天文鐘，經過了一年多的正式測試，每天的誤差從未超過三秒。
 
不清楚阿諾德到底是什么時候設計出鎖簧式棘爪擒縱機構；后來成為了與托馬斯·恩肖的激烈爭論，他聲稱自己對這一重要發展成果擁有優先權。早期的樞軸和游絲被淘汰，減少了摩擦以及給棘爪樞軸加油的必要，使整個裝置布局更加堅固可靠。


阿諾德鎖簧式棘爪擒縱機構
 
在阿諾德推出他的鎖簧式棘爪擒縱機構的同時，他還開發出最終形式的補償擺輪，并于1782年獲得專利。這種形式的擺輪使用雙金屬補償帶作為擺輪的輪緣，并帶有可移動的砝碼，用于調整溫度補償量。這種溫度補償擺輪的設計，后來經過恩肖的改進，成為下一個半個世紀航海天文鐘和高檔表中所有平衡擺輪的設計標準。
 
與經度委員會的爭論仍在繼續，他對獎金的申請沒有任何進展。與此同時，阿諾德正忙于建立一家航海天文鐘的工廠，并于1785年將工廠遷至埃塞克斯的奇維爾（Chigwell in Essex）。這是一個非常重要的發展，因為他終于能夠以相對簡單的設計制造出可靠的航海天文鐘，而成本只是以前儀器的一小部分。1790年，他讓他的兒子約翰·羅杰·阿諾德（John Roger Arnold）成為了這個蓬勃發展行業的合伙人，約翰·羅杰曾在巴黎接受寶璣（Breguet）先生的培訓。
 


阿諾德的“Z型”擺輪，帶有雙金屬帶和金制螺旋型游絲
 


阿諾德一家

老阿諾德于1799年去世，享年63歲。泰晤士報（Times）刊登了訃聞：
 
上周日早上，約翰·阿諾德先生去世，他住在肯特郡埃爾瑟姆附近的威爾霍爾（Well Hall near Eltham in Kent）。作為一名機械師，他的能力和勤奮將被他的國家銘記。他是現在的自由式擒縱機構的發明者，也是第一位將金制螺旋型游絲應用于計時器擺輪上的藝術家。大約三年前，他從商界退休，但是他那活躍的頭腦仍在努力完成他最熱愛的研究，他稱之為計時器制造的終極之作，制造出一臺航海天文鐘，與目前公開的任何計時器都大不相同，并且更加優越。他的兒子繼承了他的事業，我們知道，他掌握著他父親所有的繪圖和模型，如今，我們希望從他那里完成這一宏偉目標——通過計時器發現經度。
 
不用說，這些夸張的說法引起了激烈的爭論，尤其是對恩肖，我們應該看到，他在航海天文鐘設計中的許多重要發展方面，同樣占有一席之地。遺憾的是，約翰·羅杰·阿諾德（John Roger Arnold）不是像他父親那樣的出色鐘匠或商人，他的母親似乎在這家企業中占據主導地位。盡管委員會在1806年為表彰他父親的成就而給予了遲來的1678英鎊的獎金，但這家企業還是萎靡不振。1830年，他與才華橫溢的丹特（E.T. Dent）合伙，使公司重現昔日光芒。約翰·羅杰逝世于1843年，公司由查爾斯·弗羅德沙姆（Charles Frodsham）接管。


約翰·阿諾德的便攜式表
 
托馬斯·恩肖（Thomas Earnshaw）

恩肖于1749年出生于阿什頓（Ashton），也許在倫敦成為了一名表匠學徒。他很快以一流的工匠而聞名，并為包括約翰·布羅克班克（John Brockbank）和托馬斯·賴特（Thomas Wright）在內的幾位著名制表師完成表的最終組裝。后來他開始專攻表中寶石，制造紅寶石軸承和擒縱機構零件。
 


托馬斯·恩肖（Thomas Earnshaw）
 
在他1806年出版的《經度——公眾呼吁》（Longitude - an Appeal to the Public）一書中，他聲稱，在1780年為布羅克班克工作時，正如貝爾索德和阿諾德所開發的那樣，以同樣的方式制造樞軸式棘爪擒縱機構。有一天，他突然想到他可以改進設計，他意識到，棘爪的軸榫和復位游絲可以通過在游絲上安裝完整的棘爪來替換：擁有彈性的棘爪可以朝側移動，并在產生脈沖后恢復到原始位置。這種裝置避免了給棘爪軸榫上油的需要，使擒縱機構更簡單、更可靠、更堅固。恩肖聲稱，1782年，他在保密承諾的情況下向布羅克班克展示了他新的擒縱機構。不幸的是，恩肖有一個大家庭要供養，他負擔不起申請專利所需的100基尼。1783年，他與托馬斯·賴特達成協議，由托馬斯·賴特將獲得這項專利，并允許恩肖生產帶有新擒縱機構的表，前提是向賴特支付每只手表一基尼的版稅。與此同時，恩肖聲稱布羅克班克違背了他的保密承諾，將這項發明透露給了阿諾德，幾天之內，阿諾德就獲得了一項非常類似的擒縱機構專利，比萊特的專利早了一年。


恩肖的擺輪

恩肖的第二個重要創新是改進了制造補償擺輪的方法。阿諾德制造雙金屬帶的方法是把黃銅和鋼帶焊接在一起，將它們彎曲成形，然后用螺絲固定在擺輪上。恩肖發明了一種將黃銅和鋼帶熔合在一起的方法，使得雙金屬帶更加穩固。
 
這些發明的優先權一直存在激烈的爭議，且從未得到解決；然而，事實證明，恩肖的模式更為成功。與阿諾德的設計不同，他的設計不需要在擒縱輪齒上潤滑油，這是一個相當大的優勢；恩肖的設計也更容易，因此生產成本更低。過了好幾年，他才自己創業。由于缺乏阿諾德和其他倫敦頂尖制造商的人脈和商業頭腦，恩肖被迫以制造航海天文鐘的機芯為生，讓其他制造商以他們的品牌銷售——這些機芯通常都印有“賴特專利”（Wright's Patent）的印記。當時的制表業已是一個高度組織化的行業，工匠們專門生產許多零部件中的每一個，這些零部件被“制造者”購買并進行最后處理和組裝。和后來的幾個世紀一樣，零售商購買完整的手表，并以自己的品牌銷售，這是普遍的做法。
 
恩肖一直在尋找改善其財務狀況的方法，他把注意力轉向了經度獎的10,000英鎊，只要符合嚴格的測試規則，任何制造者都可以得到這個獎。內維爾·馬斯基林（Neville Maskelyne）被說服對恩肖的一個便攜式航海天文鐘進行私下試驗；毫無疑問，儀器上制造商的名字“威廉·休斯”（Wm Hughes）讓他大吃一驚。恩肖解釋說，他“不得不為其他有客戶需求的表匠制作這些計時器......盡管這些表匠與這些計時器的制造沒有任何關系，如同那些購買者一般。”脾氣暴躁的馬斯基林似乎對恩肖留下了很好的印象，并特意在委員會面前稱贊他；他對這臺航海天文鐘的性能印象深刻，據說如果另外兩臺儀器能夠生產出來，便會安排正式海試，但結果什么也沒有。
 
最終，恩肖得以擺脫對其他制造者的依賴，自己正式創業。到了1791年，他的生意已經做得不錯，可以雇用幾個工人來幫助他生產便攜式和大一些的盒式航海天文鐘。那一年，威廉·布萊船長被派往南大洋進行第二次遠征，以完成采集面包果樹的任務，這是他在命運多舛的邦蒂號（HMS Bounty）上已經首次嘗試過的。海軍部命他購買一個計時器，于是他請制造商將他們的航海天文鐘樣品送到格林威治進行測試；恩肖帶著5枚便攜式航海天文鐘參加，阿諾德和布羅克班克帶著盒式航海天文鐘參加。布萊最終選擇了恩肖的其中一臺儀器，并頒發了以下證書：
 
茲向英國皇家海軍的主要官員和專員證明，托馬斯·恩肖先生以四十基尼的價格將一枚編號1503帶有金屬殼的航海天文鐘交給了我。我進一步證明，這只表曾在Flamsteed House（皇家天文臺）與其他價格高得多的表進行比較，而它的誤差更小，基于此，我將其納入政府賬目。
1791年7月 （署名）威廉·布萊
 
恩肖與經度委員會的關系仍然很難說得清楚；他抗辯說，他們為經度獎強加的條件使得成功幾乎變得不可能。到目前為止，他已經取得了相當大的成功，在經過數年他認為不公平的海試后，他放棄了獲獎的希望，干脆向委員會申請他們認為合適的任何獎勵。盡管委員會承認恩肖的儀器性能表現一直優于其他制造商的，但他不得不回應競爭對手的指控，即他從阿諾德那里竊取了一些他的改進發明。委員會對這些指控進行了調查，由此產生的對其他行家的尖刻指責沒有給他們帶來任何好處，最終，除了會長約瑟夫·班克斯（Joseph Banks）之外（他是阿諾德的贊助人），整個委員會都站在恩肖這邊。他們得出結論，所有的證據都傾向于恩肖這邊，盡管他不能證明自己的改進發明有絕對的優先權，但它們確實是原創的。
 


恩肖的航海精密計時器
 
委員會最終決定給阿諾德和恩肖同等的3000英鎊的獎金，以表彰他們的成就；雖然恩肖很不情愿地接受了這個獎項，但他還是決定向國會請愿，要求得到他認為應得的公正。因此，這段令人遺憾的插曲持續爭吵了多年，兩派的支持者都沉迷于鋪張浪費的出版物；恩肖本人也出版了一本300頁的書，以最無節制的措辭闡述自己的情況。負責審查各項主張的國會委員會得出結論認為，無法根據現有的證據來決定各項發明的優先權，并且他們沒有理由干涉經度委員會的結論。
 
盡管在這些糾紛中浪費了大量的時間和精力，恩肖還是比任何其他早期的制造商做了更多的工作，使得英國航海天文鐘的制造擁有了堅實的基礎，事實證明，正是他的設計最為成功，并很快占據了行業的主導地位。1829年在他去世后，他的兒子接手了他的事業直到1850年。

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